专利名称：电子控制式机械钟表及其控制方法
技术领域：
本发明涉及电子控制式机械钟表及其控制方法，该电子控制式机械钟表通过用发电机将发条松开时的机械能转换成电能，利用该电能使旋转控制装置动作，控制发电机的旋转周期，来正确地驱动固定在齿轮组上的指针。
背景技术：
已知在特公平7-119812号公报中记载的电子控制式机械钟表，该电子控制式机械钟表通过用发电机将发条松开时的机械能转换成电能，利用该电能使旋转控制装置动作，控制发电机线圈中流过的电流值，从而正确驱动固定在齿轮组上的指针准确地显示时刻。
在该电子控制式机械钟表中，将基于发电机转子旋转的信号输入给计数器，另一方面，将来自石英振荡器的信号也输入给计数器，比较这些计数器的值，并根据其差来控制发电机，从而控制其旋转速度。该计数器由积分计数器构成，该计数器比较基准时钟脉冲(Ref脉冲)和发电机旋转周期脉冲(G脉冲)的相位差，如果G脉冲超前，U/D计数器减小计数，而如果G脉冲延迟则增大计数。
而且，从测定Ref脉冲一周期的时间得到的值与用积分计数器得到的值一致的时刻开始启动发电机上的制动器，直至Ref脉冲一周期的时间测定结束持续进行制动。因此，积分计数器的值成为设定制动器打开时间的值。就是说，在积分计数器的值中，相对于目标速度(Ref脉冲)，累积与G脉冲的平均速度一致的制动器打开时间N。就是说，在该系统中，采用积分控制。
但是，由于这种积分控制方式用计数器一边计数一边比较每一周期中输出的信号，所以足够长时间内的转子平均速度可以在设定时间内调速，而平均调速移动指针不能相反的立即调整转子的旋转速度，存在响应性低的问题。除此之外，发条的力和制动器的制动力的关系存在直至调整至目标频率都会产生一些相位偏差的问题。
可以用图20的方框图表示积分控制。一般来说，已知发电机/电动机中采用的转移函数为1/s(sT+1)。如图20所示，该函数由1/(sT+1)的一次延迟转移函数101和1/s的积分项102构成。因此，在作为控制对象的发电机本身中就包括积分要素。图21、图22表示假定对该控制对象仅进行积分控制情况的波特图(Bode diagram)。
在这些波特图中，作为旋转控制稳定的条件，相位容限即增益0db(增益交点)时的相位必须超前-180°，和增益容限即相位-180°(相位交点)时的增益必须在0db以下。
但是，如图21所示，在只有积分控制的情况下，由于控制对象被延迟-90°相位，经积分控制又被延迟-90°相位，所以变成接近-180°的相位特性。因此，在只有积分控制下，由于未获得相位容限和增益容限，所以难以进行稳定的控制。因此，在特公平7-119812号公报所披露的钟表中，必须以低频率进行控制，才会有0.016Hz以下的响应性。
此外，图22表示假设积分计数器的增益达到100倍的情况。在这种情况下，相位容限也比-180°延迟，不能期待稳定的控制。
由以上数据可知，在按只有以往的积分控制的控制中，虽然可以进行平均调速，但存在相位偏差不能消除的问题。
此外，由于控制的响应慢，所以存在几乎不适应相对于手表中手腕摆动产生加速度情况的急剧外部干扰的问题。
本发明的目的在于提供可以消除相位偏差，并且控制系统的响应性快速的电子控制式机械钟表及其控制方法。
发明的公开本发明提供一种电子控制式机械钟表，该电子控制式机械钟表包括机械能产生源；由通过齿轮组连接的所述机械能产生源进行驱动，产生感应电力，从而提供电能的发电机；对该发电机产生制动的制动电路；与所述齿轮组连接的指针；和通过控制所述制动电路，控制所述发电机的旋转周期的旋转控制装置；其特征在于，所述旋转控制装置包括产生所述发电机的旋转信号的旋转检测装置；相对于目标旋转数，产生目标信号的目标信号产生装置；和检测由所述旋转检测装置输出的旋转信号与由所述目标信号产生装置输出的目标信号的相位差，输出作为所述制动电路的制动控制信号的相位差补偿信号的相位差补偿装置。
本发明的电子控制式机械钟表用发条等机械能产生源驱动指针和发电机，通过对发电机产生制动来调速转子即指针的旋转数。此时，将发电机的旋转信号和钟表的时间标准信号等目标信号的相位进行比较，由于根据该相位差，对发电机的制动电路输入制动控制信号，所以可以在电子控制式机械钟表中实现所谓的相位同步电路控制(PLL控制)。因此，由于可以经比较每个周期的发电波形设定制动电平，所以如果一旦在锁存范围内引入，发电波形就限定于没有瞬时增大变动，除可以实现响应性快的稳定控制系统外，还可以没有相位偏差。
此时，由所述发电机和制动电路构成电压控制振荡器(VCO)，所述相位差补偿装置最好是包括比较所述旋转信号和目标信号相位的相位比较电路，和根据该相位比较电路的输出将控制所述制动电路的相位差补偿信号输入给所述电压控制振荡器的制动控制装置的结构。
此时，所述旋转控制装置最好包括将所述电压控制振荡器的输出波形转换成矩形波脉冲输出给所述相位比较电路的波形整形电路。
电压控制振荡器的输出波形按其控制方式等改变，但如果配有所述波形整形电路，那么可以吸收其输出波形的相差部分，由于可以输出与相位比较电路中电压控制振荡器的输出波形无关的时间标准信号和可比较的矩形波脉冲，所以可以共用化相位比较电路等，可以降低部件成本。
此外，所述旋转控制装置最好配有将所述电压控制振荡器的输出信号的频率转换成速度的频率/速度转换器，所述制动控制电路最好有根据所述相位比较电路的输出和所述频率/速度转换器的输出，可以输出控制所述制动电路的信号的结构。
如果设有频率/速度转换器，那么可以减小控制电路中的时间常数，可以进一步提高响应性。
而且，所述相位差补偿装置包括相位差检测装置和接受该相位差检测装置输出的补偿信号发生装置，所述旋转信号和目标信号有重复的脉冲波形，所述相位差检测装置配置构成累积各信号上升或下降数的计数器，其特征在于，该计数器最好按所述目标信号的上升或下降进行相加或相减，并且将计数器的输出作为相位差信号输出给所述补偿信号发生装置。
如果用计数器构成相位差检测装置，那么可以使电路结构简单，还可以降低成本。而且，由于可以使用可保持多个计数器值的计数器，所以可以在宽范围内检测相位差，即使在累积相位差的情况下，由于可以保持其累积值，所以仍可以进行与累积的相位差对应的控制，可以进行更正确的调速控制。
此时，所述相位差检测装置最好包括计数旋转信号和目标信号的相位偏差时间累积值的积分计数器，计数相位偏差时间的比例计数器，和按照相对于目标信号的旋转信号的相位偏差的超前或延迟，将各计数器值相加或相减的加法器。
本发明的电子控制式机械钟表的控制方法可用于电子控制式机械钟表，该电子控制式机械钟表包括机械能产生源；由通过齿轮组连接的所述机械能产生源进行驱动，产生感应电力，从而提供电能的发电机；对该发电机产生制动的制动电路；与所述齿轮组连接的指针；和通过控制所述制动电路，控制所述发电机的旋转周期的旋转控制装置，其特征在于，该方法比较所述发电机的旋转信号和依据目标旋转数产生的目标信号，检测其相位差，利用与该相位差对应的相位差补偿信号控制所述制动电路。
在本发明中，由于可以用相位同步电路控制(PLL控制)来控制电子控制式机械钟表，所以可以没有相位偏差，并且可以实现响应性快的稳定的控制系统。
此时，用积分计数器计数所述旋转信号和目标信号的相位偏差时间的累积值，同时用比例计数器计数相位偏差时间，判断相对于目标信号的旋转信号的相位偏差的超前或延迟，按照其结果相加或相减各计数器值，算出设定制动时间的相位差补偿信号，最好用该相位差补偿信号控制所述制动电路。再有，在制动时间的设定中，不仅包括直接设定产生制动的时间的情况，而且还包括在预定周期中设定不产生制动的制动打开时间，设定间接地产生制动时间的情况。
附图的简单说明
图1是表示本发明第一实施例的电子控制式机械钟表主要部分的平面图。
图2是表示图1主要部分的剖面图。
图3是表示图1主要部分的剖面图。
图4是表示本实施例功能的方框图。
图5是表示本实施例功能的方框图。
图6是表示本实施例的斩波充电电路的电路图。
图7是表示本实施例的波形整形电路一例的图。
图8是表示本实施例的波形整形电路另一例的图。
图9是本实施例电路的波形图。
图10是表示本实施例的制动控制电路的比较器处理的图。
图11是表示本发明第二实施例的主要部分结构的方框图。
图12是表示第二实施例控制方法的流程图。
图13是表示图12流程图的控制接续部分的流程图。
图14是表示图12的I值算出流程的流程图。
图15是表示图12的P值算出流程的流程图。
图16是第二实施例的波特图。
图17是表示本发明变形例结构的方框图。
图18是表示本发明的削波充电电路的变形例的电路图。
图19是表示本发明的波形整形电路的变形例的图。
图20是表示本发明的以往例结构的方框图。
图21是以往例的波特图。
图22是以往例的波特图。
实施发明的优选实施例为了更详细地说明本发明，下面参照附图进行说明。
图1是表示本发明第一实施例的电子控制式机械钟表主要部分的平面图，图2和图3是其剖面图。
电子控制式机械钟表配有由发条1a、筒形齿轮1b、筒形轴1c和筒形盖1d构成的筒形轮1。发条1a外端被固定在筒形齿轮1b上，而内端被固定在筒形轴1c上。筒形轴1c被支撑在基板2和齿轮组支撑体3上，由棘轮螺钉5固定，以便与棘轮4一体旋转。
棘轮4与棘轮机构6啮合，以便沿顺时针方向旋转而不是沿逆时针方向旋转。再有，由于沿顺时针方向旋转棘轮4卷绕发条1a的方法与机械钟表的自动卷绕或手动卷绕机理相同，所以省略其说明。筒形齿轮1b的旋转以7倍的增速传给2号轮7，接着以6.4倍的增速传给3号轮8，以9.375倍的增速传给4号轮9，以3倍的增速传给5号轮10，以10倍的增速传给6号轮11，以10倍的增速传给转子12，合计增速至126000倍。
在2号轮7中固定着筒形小齿轮7a，在筒形小齿轮7a中固定着分针13，在4号轮9中固定着秒针14。因此，为了使2号轮7按1rph旋转，4号轮9按1rpm旋转，最好控制转子12，以便按5rps旋转。此时的筒形齿轮1b达到1/7rph。
该电子控制式机械钟表配有由转子12、定子15、线圈组件16构成的发电机20。转子12由转子磁铁12a、转子小齿轮12b、转子惯性圆板12c构成。转子惯性圆板12c用于减少相对于来自筒形轮1的驱动转矩变动的转子12的旋转数变动。定子15是在定子本体15a上形成四万匝定子线圈15b的绕组。
线圈组件16是在磁心16a上形成11万匝线圈16b的绕组。其中，用PC坡莫合金等构成定子本体15a和磁心16a。此外，串联连接定子线圈15b和线圈16b，以便出现附加各个发电电压的输出电压。
下面，参照图4～图9说明电子控制式机械钟表的控制电路。
图4是表示本实施例功能的方框图。
来自发电机20的交流输出通过由升压整流、全波整流、半波整流、晶体管整流等构成的整流电路21升压、整流。在整流电路21中，连接用于旋转控制装置等控制的IC和石英振子等负荷22。再有，图4中为了说明的便利，除去负荷22说明IC内构成的各种功能电路。
在发电机20中，连接由制动电阻23A和Nch及Pch的晶体管23B串联连接构成的制动电路23。由该发电机20和制动电路23构成VCO(电压控制振荡器)25。再有，在制动电路23中，除制动电阻23A外，最好适当插入二极管。
在该VCO25中，连接旋转控制装置50。
旋转控制装置50由振荡电路51、分频电路52、转子12的旋转检测电路53、相位比较电路(PC)54、低通滤波器(低频带滤波器LPF)55、制动控制电路56构成。
振荡电路51由石英振子51A输出振荡信号，该振荡信号由分频电路52分频至某个固定周期。该分频信号作为例如10Hz的时间标准信号(基准周期信号)fs输出给相位比较电路54。为了将该时间标准信号(基准周期信号)fs变为发电机20的目标旋转数，构成利用振荡电路51和分频电路52产生与目标旋转数对应的目标信号(时间标准信号fs)的目标信号发生装置。
旋转检测电路53以高阻抗接收VCO25的输出波形，以便对发电机20侧没有影响，将该输出在矩形波脉冲fr中波形处理后输出给相位比较电路54。因此，利用该旋转检测电路53，构成产生与发电机20的旋转同步的旋转信号的旋转检测装置。
相位比较电路54将来自分频电路52的时间标准信号fs和来自旋转检测电路53的矩形波脉冲fr的相位进行比较，输出其相位差信号。在将该相位差信号用LPF55除去高频成分后，输入给作为制动控制装置的制动控制电路56。
制动控制电路56根据该信号将制动电路23的控制信号输入给VCO25。由此，实现相位同步控制。
因此，利用相位比较电路54、LPF55、制动控制电路56，检测由旋转检测装置输出的旋转信号和由所述目标信号发生装置输出的目标信号的相位差，构成输出作为所述制动电路23制动控制信号的相位差补偿信号的相位差补偿装置。
下面，用图5表示本实施例的更具体的结构。
如图所示，在本实施例中，作为制动电路23，使用斩波充电电路60。如图6所示，斩波充电电路60包括与发电机20的线圈15b、16b连接的两个比较器61、62；向这些比较器61、62供给比较基准电压Vref的电源63；输出比较器61、62的输出与来自所述制动控制电路56侧的时钟输出(控制信号)的逻辑和的或电路64、65；与所述线圈15b、16b连接，同时将或电路64、65的输出与栅极连接的场效应型晶体管(FET)66、67；和与所述线圈15b、16b连接，与所述整流电路21中设置的电容器21A连接的二极管68、69。再有，在FET66、67中设有寄生二极管66A、67A。
此外，电容器21A的+侧施加电压VDD，而-侧施加VTKN(V/TANK/Negativ电池一侧)。同样，电源63的-侧和晶体管66、67的源极侧也施加VTKN。因此，在该斩波充电电路60中，通过控制晶体管66、67，发电机20一旦在VKTN侧被短路，那么斩波升压，以便打开时达到VDD电压以上。因此，比较器61、62可以比较被升压的生成电压和VDD及VTKN间的任意设定电压Vref。
在该斩波充电电路60中，各比较器61、62的输出也输出给波形整形电路70。因此，由斩波充电电路60和波形整形电路70构成旋转检测电路53。
再有，作为波形整形电路70，可以利用采用由如图7所示的电容器72和电阻73构成的单稳态多谐振荡器(单触发型)71和如图8所示的计数器74、锁存器75的类型的电路等。
相位比较电路54由模拟相位比较器、数字相位比较器等构成，例如，可以使用采用CMOSIC的CMOS型相位比较器等。而且，检测来自分频电路52的10Hz的时间标准信号fs与来自波形整形电路70的矩形波脉冲fr的相位差，输出相位差信号。
将该相位差信号输入给电荷泵(CP)80，转换成电压电平，利用电阻82和电容器83构成的环形滤波器81除去高频成分。因此，利用电荷泵80和环形滤波器81构成所述LPF55。
将从环形滤波器81输出的电平信号a输入给比较器90。通过把来自振荡电路51的信号分频成50Hz～10KHz的分频电路91和使用积分器等的三角波发生电路92，将被转换的三角波信号b输入给该比较器90。而且，比较器90输出来自环形滤波器81的电平信号a和来自三角波信号b的矩形波脉冲信号c。因此，利用比较器90、分频电路91、三角波发生电路92，构成所述制动控制电路56。
而且，如上所述，从比较器90输出的矩形波脉冲信号c作为时钟信号CLK输入给斩波充电电路60。
下面，参照图9、图10的波形图说明本实施例的动作。
如果利用发条1a使发电机20的转子12旋转，那么由各线圈15b、16b输出与磁通量变化对应的交流波形。将该波形输入给各比较器61、62。而且，在各比较器61、62中，与来自电源63的电压Vref进行比较。通过该比较器61、62的比较，检测使晶体管66、67导通的极性定时。
就是说，在进行对电容器21A的升压充电和发电机20的斩波制动动作中，也可以将时钟信号CLK仅输入给晶体管66、67的栅极。但是，在仅用时钟信号控制的情况下，如果时钟信号变为Hi，那么各晶体管66、67同时导通并短路，而如果时钟信号变为Lo，那么通过各寄生二极管66A、67A的一个和二极管68、69的一个使电容器21A充电。具体地说，在AG1为+时，从寄生二极管67A通过线圈15b、16b经二极管68的路径充电，而在AG2为+时，从寄生二极管66A通过线圈15b、16b经二极管69的路径充电。
在这种情况下，在充电路径上二个二极管被串联连接，产生相加各二极管上升电压VF部分的电压降。因此，充电电压如果不是在电容器21A的电位上加上所述电压降部分以上的电压，那么就不能使电容器21A充电。这成为在如电子控制式机械钟表那样的发电电压小的发电机情况下使充电效率降低的重大原因。
因此，在本实施例中，不使晶体管66、67同时导通、截止，通过调整其定时，可以提高充电效率。
就是说，从VTKN看AG1变为+时，如果超过电压Vref，那么比较器62就输出Hi电平信号，因此，或电路65继续出现与时钟信号CLK无关的Hi电平信号，由此，电压加到晶体管67的栅极上，晶体管67变为导通状态。
另一方面，与AG2侧连接的比较器61由于AG2＜电压Vref，所以输出Lo电平信号，从或电路64输出与时钟信号同步的信号，晶体管66反复导通/截止动作，使AG1端子被斩波升压。
此时的充电路径，在晶体管66一旦导通后被截止时，就变为AG1-二极管68-电容器21A-VTKN-晶体管67(从源极至漏极)-AG2，由于寄生二极管67处于路径之外，所以电压降变小，充电效率提高。
再有，电压Vref的电平在斩波升压发电机20的发电电压后，最好选择电容器21A上可充电的生成电压电平。通常，最好将VTKN设定得超过几百mV电平。如果该电压Vref的设定电平高，那么至比较器61、62动作的期间变长，由于在该期间形成两个二极管串联连接的充电路径，所以发电效率部分降低。
再有，在晶体管66达到导通时，由于晶体管67也导通，所以发电机20被短路，产生短路制动，该部分发电量下降，但通过该VTKN侧被短路，由于在晶体管66开路时可以升压至VDD以上的电压，所以如果导通/截止的斩波环的周期达到预定周期以上，那么可以补偿短路制动时的发电量下降，将发电电力保持在一定值以上，同时可以增加制动转矩。
而且，在来自发电机20的输出达到AG2侧的情况下，仅变换各比较器61、62和晶体管66、67的动作，也可进行与上述相同的动作。
此外，将斩波充电电路60的各比较器61、62的输出输入给波形整形电路70，并转换成矩形波脉冲fr。
例如，图7的单稳态多谐振荡器71仅依据一个极性检测(比较器62的输出)进行波形整形。具体地说，在比较器62的输出上升时，在单稳态多谐振荡器71中产生触发脉冲，输出按CR设定的长度的脉冲。由于CR的时间常数相对于时钟信号CLK的一个周期设定为约1.5倍以上，所以在按CR设定的脉冲时间内，输入随后的比较器62输出的上升，单稳态多谐振荡器71被再次触发。因此，直至在按CR设定的1.5T时间内不产生比较器62输出的上升，多谐振荡器71继续输出Hi电平信号，由此，输出与发电机20输出信号对应的矩形波脉冲fr。但是，脉冲fr的下降时间变为仅延迟CR设定时间-极检测脉冲的Hi电平时间，如图9所示，在CR为1.5T的情况下，仅产生1.5T-0.5T＝1T的延迟。
另一方面，图8所示的波形整形电路70仅依据一个极性检测(比较器61或62的一个输出)进行波形整形。具体地说，用仅计数2T时间的时钟信号后进行清零的计数器74和在计数器74的输出时产生锁存的锁存装置75构成，设定计数器74和锁存装置75，以便根据比较器61或62的任何一个的输出进行清零。例如，如图9所示，在产生比较器62输出的情况下，锁存装置75、计数器74被清零，输出fr输出Lo电平信号。而且，如果不产生比较器62的输出，那么利用计数器74，输出fr被锁存在Hi电平上。
而且，如果再次产生比较器62的输出，那么锁存信号被清零，输出fr变为Lo电平，可以获得矩形波脉冲。再有，在计数器的设定时间内(2T)，如果产生比较器62的输出，那么不进行锁存动作。但是，在这种情况下，如图9所示，仅在计数器74的设定时间(2T)内，矩形波脉冲fr的Hi上升也变得延迟。
图7、图8的各波形整形电路70使比较器62的输出产生延迟并转换成矩形波脉冲。这是因为在系统起动时等中来自比较器62的输出不一定获得与时钟信号周期同步的信号，变为所谓的漏脉冲，由于如果原样进行矩形波脉冲转换，那么会产生漏脉冲，所以利用CR设定时间或计数器的设定时间防止漏脉冲的缘故。再有，最好根据漏脉冲的程度设定CR设定时间和计数器时间，最好设定为周期1.5～5T左右。再有，在控制上，这种延迟基本没有影响。
这样，整形过的矩形波脉冲fr在相位比较电路54中与分频电路52的时间标准信号fs进行比较，其相位差信号通过电荷泵80和环形滤波器81被转换成电平信号a。
在比较器90中，如图10所示，通过电平信号a和来自三角波发生电路92的三角波信号b输出矩形波脉冲信号c。在依据转子12的旋转的矩形波脉冲fr比时间标准信号fs超前的情况下，所述电平信号a比标准电平低，而在延迟情况下则可按比标准电平高来设定。
因此，在矩形波脉冲fr比时间标准信号fs超前的情况下，矩形波脉冲信号c的H电平状态变长，在该部分，斩波充电电路60中的各斩波周期内的短路制动时间变长，制动量增加，发电机20的转子12被减速。相反，在矩形波脉冲fr比时间标准信号fs延迟的情况下，矩形波脉冲信号c的L电平状态变长，在该部分，斩波充电电路60中的各斩波周期内的短路制动时间变短，制动量减少，发电机20的转子12被增速。由此，可控制矩形波脉冲fr，以便与时间标准信号一致。
按照本实施例，有以下效果。
①由于设有由发电机20、制动电路23构成的VCO25和由相位比较电路54、制动控制电路56构成的相位差补偿装置，所以通过PLL控制可以控制发电机20的旋转。因此，通过比较每个周期的发电波形，由于可以设定制动电路23中的制动电平，所以一旦进入锁定范围，就限定发电波形没有瞬时大变动，除可以进行响应性快的稳定的控制外，还可以没有相位差。
②由于用斩波充电电路构成制动电路23，利用斩波环实现制动控制，所以可以保持一定以上的发电电力，同时增加制动力矩。因此，可以维持系统的稳定性，同时可以进行高效率的制动控制。
③通过使用斩波充电电路60，不仅可以实现制动控制，而且还可以用斩波充电电路60实现对整流电路21的电容器21A的充电(发电处理)和发电机20转子12的旋转检测，与用单独电路实现这些功能的情况相比，可以简化电路结构，可以使部件数减少，成本降低，并且可以提高制造效率。
④在斩波充电电路60中，由于调整各晶体管66、67的导通、截止控制的定时，使晶体管66、67的一个处于持续导通状态，而另一个则进行导通、截止，所以可以减少充电路径中电压降，可提高发电效率。因此，特别在电子控制式机械钟表中，在必须使用小发电机20的情况下，由于可以提高其发电效率，所以非常有效。
⑤由于设有波形整形电路70，所以假设改变斩波充电电路60等的电路结构，即使在来自VCO25的输出波形不同的情况下，也可以用波形整形电路70吸收其输出波形的不同部分。因此，即使斩波充电电路60的电路结构不同，也可以共用旋转控制装置50，可以降低部件成本。
⑥作为波形整形电路70，如果使用将低通滤波器(LPF)和比较器组合在一起的一般电路，那么通过将斩波升压的部分生成电压充电给例如由一次延迟的CR滤波器等构成的LPF，就会成为对电容器21充电效率下降的主要因素，而本发明的各波形整形电路70由于进行数字处理，所以可以降低抑制消耗电流，可以提高对电容器21A的充电效率。
下面，说明本发明的第二实施例。再有，在本实施例中，与上述实施例相同的结构部分附以相同的符号，并省略或简略说明。
本实施例的电子控制式机械钟表在旋转控制装置的具体结构上与上述实施例不同。就是说，如图11所示，本实施例的旋转控制装置包括振荡电路(石英振荡器)51、分频器52、相位差补偿装置200、发电机20和旋转检测电路53。除此之外，作为电子控制式机械钟表的必要结构与上述第一实施例相同。
分频器52输出第一基准时钟脉冲(Ref1脉冲)和第二基准时钟脉冲(Ref2脉冲)，再有，与Ref1脉冲的频率相比，Ref2脉冲的频率非常高。
相位差补偿信号200包括相位差检测装置210和作为相位差补偿装置的制动信号生成装置(制动控制装置)220。相位差检测装置210由积分计数器211、比例计数器212和加法器213构成。
下面，参照图12～图15说明本实施例的发电机20的控制方法。
首先，比较来自旋转检测电路53的发电机旋转周期脉冲(G脉冲)与来自分频器52的第一基准时钟脉冲(Ref1脉冲)的相位差(步骤1，以下将步骤简称为S)。
接着，用积分计数器211求出I值(S2)，同时用比例计数器212求出P值(S3)。
再有，积分计数器211的I值求出方法按图14所示的I值算出流程进行。就是说，首先比较Ref1脉冲与G脉冲一周期内的相位差，判定G脉冲是否超前(S21)。
其中，如果G脉冲超前，那么通过积分增益脉冲Ci计数超前时间，计测超前量(S22)，使积分计数器(U/D计数器)211增加计数(S23)。另一方面，如果G脉冲被延迟，那么通过积分增益Ci计数延迟时间，计测延迟量(S24)，使积分计数器(U/D计数器)211减少计数(S25)。因此，积分计数器211的计数器值就变为由积分增益脉冲Ci计测的相位差时间的累积值，以该值作为I值(S26)。
另一方面，比例计数器212的P值求出方法按图15所示的P值算出流程进行。就是说，首先，相对于G脉冲的超前或延迟的相位差，按比例增益脉冲Cp进行计数，用比例计数器计测相位差时间(S31)。而且，例如，通过检测有无将相位差仅在出现时间输入给计数器的测定面板(比例增益脉冲Cp)的输入，判断相位偏差量计测是否结束(S32)，如果计测结束，那么将比例计数器值作为P值(S33)。此时，具体地说，将比例计数器值作为P值储存在寄存器中，然后将比例计数器复位。
而且，判断是否有超前偏差(超前相位)(S4)，如果有超前偏差，那么进行‘N＝I+P’的运算(S5)，而如果有延迟偏差，则进行‘N＝I-P’的运算，求出N值。其中，如下所述，将N值设定成发电机20的一周期期间的制动时间，在发电机20的旋转周期脉冲比基准时钟脉冲超前的情况下，由于N值按‘I+P’变大，所以制动时间也变长。而另一方面，在发电机的旋转周期脉冲比基准时钟脉冲延迟的情况下，由于N值按‘I-P’变小，所以制动时间变得更短。因此，N值成为相位差补偿信号。
再有，积分增益脉冲Ci和比例增益脉冲Cp与各频率有Ci＜＜Cp的关系，在作为手表使用的情况下，如手腕的摆动在转子12等上产生加速度的情况那样，有相对于因急剧的外部干扰造成的相位偏差，积极地抑制P值，相对于发条1a的打开造成的平稳变动，相应处理I值的结构。
另一方面，在制动信号生成装置220中，设有计测第二基准时钟脉冲(Ref2脉冲)的Ref2计数器，在用相位差检测装置210算出N值期间，在与用该Ref2计数器的Ref2脉冲计数开始的同时(S7)，利用制动信号生成装置220产生制动(S8)。
而且，判断Ref2计数器的值与算出的N值是否相等(S9)，从这些值一致的时刻打开发电机20的制动(S10)。
接着，检测Ref2计数器是否计数增加，判断设定在制动控制中的预定一个周期是否结束(S11)，在预定周期结束的情况下，停止并复位Ref2计数器(S12)，再次开始Ref2计数器的Ref2脉冲的计数。
如果更具体地说明，那么Ref2计数器例如由从0至15计数和再从0重复计数的4位脉动计数器构成。而且，如果Ref2计数器变为0(S7)，那么变为制动状态(S8)，直至算出的N值与Ref2计数器值相等，持续进行制动(S9)。如果N值与Ref2计数器值变得相等(S9)，制动打开(S10)，直至Ref2计数器值变成4位的满位数即变为15，都维持制动打开状态(S11)。而且，如果Ref2计数器值从15返回0(S12)，那么再次变为制动状态(S7、S8)。
因此，N值变为设定在发电机20的一周期期间的制动时间。由此，发电机20的频率和相位与第一基准时钟脉冲靠近并同步，指针可以显示正确的时刻。
再有，在本实施例中，第二基准时钟脉冲(Ref2脉冲)使用各频率存在Ref1脉冲＜＜Ref2脉冲关系的脉冲。与Ref1脉冲相比，通过使用频率非常高的Ref2脉冲，可以由Ref2脉冲控制所述第一实施例那样的斩波充电电路。
这样，与第一实施例同样，图16表示组合积分控制和比例控制的本实施例的波特图。按照该图，相位裕度约为40度，增益裕度也在-40db以上，响应频率也达到0.16Hz，响应速度可以达到图21、图22所示的以往技术响应速度的约10倍。
在本实施例中，由于使用与上述第一实施例同样的PI控制，所以可以使与上述①～⑥同样的作用效果奏效。
而且，由于使用⑦高频的第二基准时钟脉冲(Ref2脉冲)，所以还可以容易地利用斩波充电电路的控制流程。
再有，本发明的各实施例并不限于此，在可以达到本发明目的的范围内的变形、改进等都包括在本发明中。
例如，如图17所示，在旋转控制装置50中，最好设置将波形整形电路70的输出频率转换成速度信息的F/V(频率/速度)转换器100。通过设置该F/V转换器100，由于可获得发电机20的旋转速度信息，可以使控制电路的时间常数减小，所以可以进一步提高响应性，可以控制发电机20的旋转速度，以便更迅速地接近设定速度即时间标准信号。因此，假设即使发电波形瞬时地大变动，在处于锁定范围之外的情况下，也可以迅速地进行响应，维持控制，构成更稳定的系统结构。
此外，作为斩波充电电路60，并不限于上述实施例，例如，如图18所示，也可以使用设有转子12的极性检测用的一个比较器111、晶体管66、67的斩波环使用的二极管112、电阻113的斩波充电电路110。
在上述实施例的情况下，由于在极性检测中使用比较器61、62，所以必需该比较基准电压Vref用的电源63，但在本实施例中，可以不需要该电源。但是，在斩波充电电路110的情况下，相对于发电线圈的极性，为了进行导通控制，从线圈端电压经二极管112驱动晶体管66、67。因此，线圈端电压必须比可驱动晶体管66、67的电压(阈值)Vth+二极管112的上升电压Vf大。例如，如果Vth＝0.5V，二极管Vf＝0.3V，那么必然变为0.8V，作为发电机20，就必须达到1.0～1.6V左右的发电能力。因此，在利用发电机20的小生成电压可以进行高效率的斩波充电动作方面，最好采用不插入二极管驱动晶体管66、67的上述实施例的斩波充电电路60。
而且，作为斩波充电电路，也可以将图6的斩波充电电路60的晶体管66、67变更为Pch型，并代替二极管68、69，使电容器21A的+(VDD)侧被短路，以便在晶体管66、67截止时变为VTKN电压以下，可进行升压的结构。再有，这种情况下，比较器61、62和时钟信号CLK的输出由与门电路进行逻辑合成，输入给各晶体管66、67的栅极。
而且，旋转检测电路53、LPF55、制动控制电路56的结构也象上述实施例那样，并不限于由波形整形电路70、电荷泵80和环形滤波器81、比较器90、分频电路91和三角波发生电路92构成，可以按实施情况适当设定。
例如，作为波形整形电路70，最好使用图19所示的锁存装置120。如图9所示，所述各波形整形电路70一方面仅用比较器61、62的输出整形矩形波脉冲fr，但如图9所示，图13的波形整形电路70还在AG1的极检测(比较器62)输出的上升时在锁存装置120中产生锁存，在AG2的比较器61输出时被清零。这种情况下，虽然必须使用两个输出，但仍有不产生时间延迟，可以正确检测的优点。再有，如果用AG1的输出产生锁存，由于AG1的输出造成漏脉冲可以忽略，所以也可以防止对矩形波脉冲fr的影响。
此外，制动电路23并不限于仅使用斩波环，也可以利用VCO，通过改变线圈15b、16b中流动的电流量进行制动，最好依据实施情况适当设定。
如上所述，按照本发明，由于在电子控制式机械钟表中可以实现PLL控制，所以还可以消除相位偏差，可以使控制系统的响应性快。
此外，本发明并不限于仅用于手表，也适用于发条驱动的座钟、挂钟等。
工业上的利用可能性如上所述，本发明的电子控制式机械钟表及其控制方法是将发条打开时的机械能用发电机转换成电能，利用该电能使旋转控制装置动作，在控制发电机的旋转周期的各种电子控制式机械钟表中使用，特别适合用于作为手表使用的小型电子控制式机械钟表。
权利要求
1.一种电子控制式机械钟表，该电子控制式机械钟表包括机械能产生源；由通过齿轮组连接的所述机械能产生源进行驱动，产生感应电力，从而提供电能的发电机；对该发电机产生制动的制动电路；与所述齿轮组连接的指针；和通过控制所述制动电路，控制所述发电机的旋转周期的旋转控制装置；其特征在于，所述旋转控制装置包括产生所述发电机的旋转信号的旋转检测装置；相对于目标旋转数，产生目标信号的目标信号产生装置；和检测由所述旋转检测装置输出的旋转信号与由所述目标信号产生装置输出的目标信号的相位差，输出作为所述制动电路的制动控制信号的相位差补偿信号的相位差补偿装置。
2.如权利要求1所述的电子控制式机械钟表，其特征在于，由所述发电机和制动电路构成电压控制振荡器，所述相位差补偿装置包括比较所述旋转信号和目标信号的相位的相位比较电路；根据该相位比较电路的输出，将控制所述制动电路的相位差补偿信号输入给所述电压控制振荡器的制动器控制装置。
3.如权利要求2所述的电子控制式机械钟表，其特征在于，所述旋转控制装置配有将所述电压控制振荡器的输出波形转换成矩形波脉冲，作为旋转信号输出给所述相位比较电路的波形整形电路。
4.如权利要求2或3所述的电子控制式机械钟表，其特征在于，所述旋转控制装置配有将所述电压控制振荡器的输出信号的频率转换成速度的频率/速度转换器，所述制动器控制装置根据所述相位比较电路的输出和所述频率/速度转换器的输出，可输出控制所述制动电路的信号。
5.如权利要求1所述的电子控制式机械钟表，其特征在于，所述相位差补偿装置包括相位差检测装置；和接受该相位差检测装置的输出的补偿信号发生装置，所述旋转信号和目标信号有重复的脉冲波形，所述相位差检测装置配有累积各信号的上升或下降数的计数器，该计数器将所述目标信号的上升或下降相加或相减，将所述旋转信号的上升或下降相减或相加，并且将计数器的输出作为相位差信号输出给所述补偿信号发生装置。
6.如权利要求5所述的电子控制式机械钟表，其特征在于，所述相位差检测装置包括计数旋转信号和目标信号的相位偏差时间的累积值的积分计数器；计数相位偏差时间的比例计数器；按照旋转信号相对于目标信号的相位差的超前或延迟，将各计数值相加或相减的加法器。
7.一种电子控制式机械钟表的控制方法，该电子控制式机械钟表包括机械能产生源；由通过齿轮组连接的所述机械能产生源进行驱动，产生感应电力，从而提供电能的发电机；对该发电机产生制动的制动电路；与所述齿轮组连接的指针；和通过控制所述制动电路，控制所述发电机的旋转周期的旋转控制装置，其特征在于，该方法比较所述发电机的旋转信号和依据目标旋转数产生的目标信号，检测其相位差，利用与该相位差对应的相位差补偿信号控制所述制动电路。
8.如权利要求7所述的电子控制式机械钟表的控制方法，其特征在于，用积分计数器计数所述旋转信号和目标信号的相位偏差时间的累积值，同时用比例计数器计数相位偏差时间，判断旋转信号相对于目标信号的相位偏差的超前或延迟，按照其结果，通过将各计数值相加或相减，算出设定制动时间的相位差补偿信号，按该相位差补偿信号控制所述制动器电路。
全文摘要
一种电子控制式机械钟表,包括电压控制振荡器(25)和旋转控制装置(50),电压控制振荡器(25)配有发电机(20)和制动电路(23)。旋转控制装置(50)包括:相位比较电路(54);和制动控制电路(56)。通过设置VCO(25)和相位比较电路(54),可以实现PLL控制,成为响应性迅速的系统。
文档编号G04C10/00GK1241268SQ9880144
公开日2000年1月12日 申请日期1998年9月30日 优先权日1997年9月30日
发明者新川修, 小池邦夫 申请人:精工爱普生株式会社